JP3104390B2 - タッチパネル付きスイッチ装置 - Google Patents

タッチパネル付きスイッチ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディスプレイのスクリー
ンに軽く触れるだけで人間の指示を伝達できる光学式タ
ッチパネルと従来からのメカニカル・スイッチで構成さ
れたスイッチ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】機器の多機能化・システム化に伴い、操
作スイッチの数は膨大になり、そのために使いにくいも
のとなっている。タッチパネル付きスイッチ装置は、コ
ンパクト性と操作性を考慮した解決方法の1つとしてコ
ンピュータ用端末、車載オーディオビジュアル機器など
の入力装置として広く利用されている。
【0003】使用方法としては、頻繁に使うスイッチや
モード選択用スイッチ等をメカニカル・キーで用意し、
使う頻度の低いスイッチやモード内設定調整用スイッチ
をタッチパネルで実現するのが一般に行われ、上位レベ
ルからの強制スタート機能により操作の階層化構造で陥
り易い「深層での迷い込み」を回避できるメリットがあ
る。
【0004】以下に、従来の光学式タッチパネル付きス
イッチ装置について説明する。
【0005】図6及び7は従来の光学式タッチパネル付
スイッチ装置の機能ブロック図及び回路例(一部)を
示す。1はパルス発生回路、2は第1スイッチ、3は第
2スイッチ、4は第1マトリクス、5は光素子群、6
第1ターミネータ、22はインパルス発生回路、8は
メカニカル・スイッチ群、9は負荷、10はセンス回
路、11は受光素子群、12は第2マトリクス、13は
第4スイッチ、14は第2ターミネータ、15は第3ス
イッチ、16は交流増幅器、17は検波器、18は第1
比較器、19はローパスフィルタ、20は第2比較器、
21はマイクロ・プロセッサである。このように構成さ
れたタッチパネル付きスイッチ装置について、図6に従
い以下その動作について説明する。タッチパネルの動作
は本発明の実施例の中で説明することとし、ここではメ
カニカル・スイッチ動作に限って説明する。まず、イン
パルス発生回路22にてメカニカル・スイッチ群8を駆
動する。キー操作が行われるとその負荷に電圧が発生
し、その電圧をセンス回路10により検出してマイクロ
・プロセッサ21につたえる。マイクロ・プロセッサ
はこの検出レベルを判定しキー状態を知る。図7には
×2のメカニカル・スイッチ群8とその周辺部の回路
を示す。インパルス発生回路22は2回路、センス回路
10は3回路を用意した。キー状態を知るにはインパル
ス発生回路22からローレベル・インパルスを出力し、
インパルスをOFFする前にセンス回路10の出力を判
定すれば良い。インパルスの最少時間幅は配線上の浮遊
容量などを加味して決定する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、タッチパネル、メカニカル・スイッチ各
々に駆動回路(つまり、パルス発生回路、インパルス発
生回路)が必要となること、従って本回路を複数のプリ
ント基板に分割したとき(通常、ディスプレイのスクリ
ーン周辺部はスペースが狭いため、受発光素子群11,
及びその周辺部2,3,4,6,12,13,14,
15と、メカニカル・スイッチ群8以外は別のプリント
基板に実装される。)それらプリント基板間の接続線は
多くなる。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明のタッチパネル付きスイッチ装置は、パルス発
生器と、前記パルス発生器出力をi個に切り換える第1
スイッチと、前記パルス発生器出力信号を終端する第1
ターミネータと、前記ターミネータに接続されたj回路
切り替えの第2スイッチと、第1スイッチのi個の端子
線と第2スイッチのj個の端子線を行列配置してつくら
れるi行j列の第1マトリクスと、第1マトリクス交点
に接続された「1個あるいは複数の発光素子及び1個あ
るいは複数のメカニカル・スイッチ」と、前記トランジ
スタ・スイッチで駆動される1個あるいは複数のトラン
ジスタ・スイッチと、その負荷と、前記負荷状態を検知
するセンス回路と、前記発光素子と対向配置された同数
の受光素子と、その交点に前記受光素子が接続されたi
行j列の第2マトリクスと、i行およびj列それぞれに
接続されたi回路切り替えの第3スイッチ及びj回路切
り替えの第4スイッチと、第4スイッチに接続された第
2ターミネータと、前記第3スイッチ出力のパルス成分
を増幅する交流増幅器と、その出力を検波する検波器
と、前記検波出力を一定の参照値と比較する第1比較器
と、第3スイッチ出力の直流成分を通過させるローパス
フィルタと、前記フィルタ出力を一定の参照値と比較す
る第2比較器と、第1スイッチから第4スイッチの切り
替え、パルス発生回路出力の制御及び第1・第2比較器
出力検出を行うマイクロ・プロセッサで構成したもので
ある。これが請求項1の発明であり、メカニズム・スイ
ッチ群を第2マトリクスの交点にそれぞれ配置しセンス
回路及び負荷を廃止したものが請求項2の発明である。
【0008】
【作用】この構成によって、スイッチ駆動回路は1回路
だけで済み、またプリント基板間接続線を最少化できる
合理的なタッチパネル付きスイッチ装置を提供するもの
である。
【0009】請求項2ではメカニカル・スイッチの状態
検知手段をローパスフィルタと第2比較器に含めること
により、センス回路と負荷を廃止できるので更に省線化
と合理化を達成できる。
【0010】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0011】図1は本発明請求項1の光学式タッチパネ
ル付きスイッチ装置の機能ブロック図を示す。図1にお
いて、7はトランジスタ・スイッチ群であり、他は従来
例と同様である。
【0012】以上のように構成されたタッチパネル付き
スイッチ装置についてその動作を説明する。まず、第1
スイッチ2及び第2スイッチ3の設定により第1マトリ
クス4のある特定の交点を選択する。この交点に接続さ
れるのは発光素子群5あるいはトランジスタ・スイッチ
群7の内、選択された発光素子またはトランジスタ・ス
イッチであり、前者の場合はタッチ・スイッチ動作とし
て、後者の場合メカニカル・スイッチ動作を行う。最
初にタッチ・スイッチ動作、続いメカニカル・スイッ
チ動作を説明する。
【0013】選択された発光素子は1,2,4,5,
4,3,6の経路にてパルス電流駆動され発光する。こ
れと同期して、第3スイッチ15及び第4スイッチ13
の設定により第2マトリクス12の対応する交点に接続
された受光素子が有効となる。この時、前記発光素子か
らの光をこの受光素子が受ければ(つまり、タッチ・ス
イッチ操作が無い場合)光電流を発生し、第3スイッチ
15出力にパルス信号を生成する。発光素子からの光が
遮断されれば(つまり、タッチ・スイッチが操作された
場合)第3スイッチ15の出力は無い。この出力は交流
増幅器16によりパルス成分を増幅し、続いて検波回路
17でパルスの包絡線成分を取り出し、これを第1比較
器18にて一定の参照値と比較する。
【0014】これと行して第3スイッチ15からの出
力をローパスフィルタ19により直流成分を取り出し、
第2比較器20で一定の参照値と比較する。第2比較値
が参照値未満で(すなわち外光が無い場合)かつ第1比
値が参照値以上であれば、タッチスイッチ状態はO
FF、逆に第2比較値が参照値未満で(すなわち外光が
無い場合)かつ第1比較値が参照値未満であれば、タッ
スイッチ状態はONと判断する。但し、第2比較値
が参照値以上であれば、一定値を超える外光照射とみな
しパルス成分の有無に関わらずタッチスイッチ状態は
OFF判定とし誤検出を回避する。ここでは太陽光に含
まれる成分はほぼ直流のみであることを利用している。
また、ワイヤレスリモコン等と同様に使用する光は赤外
光を用い、かつ可視光を遮断する光学フィルタを使うこ
とにより、外光の影響を抑えている。以上をスイッチ
2,3,15及び13の全部の回路に対し切り替えるこ
とにより、全光軸の状態を検出できる。直角に交わる2
つの光軸が共にOFF(遮光)のときの交点がタッチ検
出座標となる。以上、タッチスイッチの動作を説明し
たが、図5にOFF状態、ON状態、外光入射時強制O
FFの各部の波形を示す。
【0015】次にメカニカル・スイッチ動作説明である
が、請求項1では第1,第2スイッチ2,3及び第1マ
トリクス4にて選択されたトランジスタ・スイッチは
カニカル・スイッチを通じて負荷9を駆動する。この
時、パルス発生器1は単発のパルス(インパルス)を出
すればよいのでそのようにマイクロ・プロセッサ21
で制御する(無論、時間ロスを問題にしなければパルス
列のままでよい)センス回路10は負荷9に現れる電
圧にてメカニカル・スイッチの操作状態を知る。インパ
ルス電圧が検知されればスイッチON、電圧変化がなけ
ればスイッチOFFである。インパルス時間幅、インパ
ルスとセンスのタイミングについては従来と同様であ
る。
【0016】請求項2ではメカニカル・スイッチ群8を
直接第2マトリクス12の交点に接続することにより、
スイッチ操作をローパスフィルタ19の入力に反映させ
る。ON/OFFのレベル変化を第2比較器20で判定
できるのでこれでメカニカル・スイッチ機能が実現でき
る。なお、トランジスタ・スイッチ1個に対し複数のス
イッチを反応させる場合は、(図4はこの例)第1から
第4スイッチ2,3,15及び13の4個のスイッチは
それぞれ独立に切り替え制御出来るようにすることが必
要である。
【0017】
【発明の効果】以上のように、パルス発生器と、前記パ
ルス発生器出力をi個に切り換える第1スイッチと、前
記パルス発生器出力信号を終端する第1ターミネータ
と、前記ターミネータに接続されたj回路切り替えの第
2スイッチと、第1スイッチのi個の端子線と第2スイ
ッチのj個の端子線を行列配置してつくられる第1マト
リクスと、第1マトリクスの交点に接続された「1個あ
るいは複数の発光素子及び1個あるいは複数のトランジ
スタ・スイッチ」と、前記トランジスタ・スイッチで駆
動される1個あるいは複数のメカニカル・スイッチと、
その負荷と、前記負荷状態を検知するセンス回路と、前
記発光素子と対向配置された同数の受光素子と、その交
点に前記受光素子が接続されたi行j列の第2マトリク
スと、j行及びi列それぞれに接続されたi回路切り替
えの第3スイッチ及びj回路切り替えの第4スイッチ
と、第4スイッチに接続された第2ターミネータと、前
記第3スイッチ出力のパルス成分を増幅する交流増幅器
と、その出力を検波する検波器と、前記検波出力を一定
の参照値と比較する第1比較器と、第3スイッチ出力の
直流成分を通過させるローパスフィルタと、前記フィル
タ出力を一定の参照値と比較する第2比較器と、第1ス
イッチから第4スイッチの切り替え、パルス発生回路出
力の制御及び第1・第2比較器出力検出を行うマイクロ
・プロセッサで構成することによりスイッチ駆動回路は
1回路だけで済み、また本回路を複数基板で構成したと
き、基板間接続線を最少化できる合理的なタッチパネル
付きスイッチ装置を実現できる。
【0018】請求項2では更にメカニカル・スイッチ入
力部であるセンス回路及び負荷を削除し、この機能をロ
ーパスフィルタ及び第2比較器で代行させることにより
一層の合理化と省線化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のタッチパネル付きスイッチ
装置の機能ブロック図
【図2】図1の実施例のタッチパネル付きスイッチ装置
の回路図(一部)
【図3】本発明の別な実施例のタッチパネル付きスイッ
チ装置の機能ブロック図
【図4】図3の一実施例のタッチパネル付きスイッチ装
置の回路図(一部)
【図5】本発明の一実施例のタッチパネル付きスイッチ
装置の各部波形例
【図6】従来のタッチパネル付きスイッチ装置の機能ブ
ロック図
【図7】従来のタッチパネル付きスイッチ装置の回路図
(一部)
【符号の説明】
1 パルス発生回路 2 i回路切り替えの第1スイッチ 3 j回路切り替えの第2スイッチ 4 行列i×jの第1マトリクス 5 発光素子群 6 第1ターミネータ 7 トランジスタ・スイッチ群 8 メカニカル・スイッチ群 9 負荷 10 センス回路 11 受光素子 12 第2マトリクス 13 j回路切り替えの第4スイッチ 14 第2ターミネータ 15 i回路切り替えの第3スイッチ 16 交流増幅器 17 検波器 18 第1比較器 19 ローパスフィルタ 20 第2比較器 21 マイクロ・プロセッサ 22 インパルス発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 3/03 330 G06F 3/033 360 H03K 17/96

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス発生器と、前記パルス発生器出力
    をi個に切り換える第1スイッチと、前記パルス発生器
    出力信号を終端する第1ターミネータと、前記ターミネ
    ータに接続されたj回路切り替えの第2スイッチと、第
    1スイッチのi個の端子線と第2スイッチのj個の端子
    線を行列配置してつくられる第1マトリクスと、第1マ
    トリクスの交点に接続された1個もしくは複数の発光素
    及び1個もしくは複数のトランジスタ・スイッチと、
    前記トランジスタ・スイッチで駆動される1個もしくは
    複数のメカニカル・スイッチと、その負荷と、前記負荷
    状態を検知するセンス回路と、前記発光素子と対向配置
    された同数の受光素子と、その交点に前記受光素子が接
    続されたi行j列の第2マトリクスと、i行及びj列そ
    れぞれに接続されたi回路切り替えの第3スイッチ及び
    j回路切り替えの第4スイッチと、第4スイッチに接続
    された第2ターミネータと、前記第3スイッチ出力のパ
    ルス成分を増幅する交流増幅器と、その出力を検波する
    検波器と、前記検波出力を一定の参照値と比較する第1
    比較器と、第3スイッチ出力の直流成分を通過させるロ
    ーパスフィルタと、前記フィルタ出力を一定の参照値と
    比較する第2比較器と、第1スイッチから第4スイッチ
    の切り替え、パルス発生回路出力の制御及び第1・第2
    比較器出力検出を行うマイクロ・プロセッサで構成され
    たタッチパネル付きスイッチ装置。
  2. 【請求項2】 パルス発生器と、前記パルス発生器出力
    をi個に切り換える第1スイッチと、前記パルス発生器
    出力信号を終端する第1ターミネータと、前記ターミネ
    ータに接続されたj回路切り替えの第2スイッチと、第
    1スイッチのi個の端子線と第2スイッチのj個の端子
    線を行列配置してつくられる第1マトリクスと、第1マ
    トリクスの交点に接続された1個もしくは複数の発光素
    及び1個もしくは複数のトランジスタ・スイッチと、
    前記発光素子と対向配置された同数の受光素子と、その
    交点に前記受光素子あるいは前記トランジスタ・スイッ
    チで駆動される1個もしくは複数のメカニカル・スイッ
    チが接続されたi行j列の第2マトリクスと、i行及び
    j列それぞれに接続されたi回路切り替えの第3スイッ
    チ及びj回路切り替えの第4スイッチと、第4スイッチ
    に接続された第2ターミネータと、前記第3スイッチ出
    力のパルス成分を増幅する交流増幅器と、その出力を検
    波する検波器と、前記検波出力を一定の参照値と比較す
    る第1比較器と、第3スイッチ出力の直流成分を通過さ
    せるローパスフィルタと、前記フィルタ出力を一定の参
    照値と比較する第2比較器と、第1スイッチから第4ス
    イッチの切り替え、パルス発生回路出力の制御及び第1
    ・第2比較器出力検出を行うマイクロ・プロセッサで構
    成されたタッチパネル付きスイッチ装置。
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